(57)【要約】【課題】  導光体により多くの光が入射され、かつ導光体から放出される光の分布を極力均一化し、検査精度の向上を図ることのできる光照射装置を提供すること。【解決手段】  複数のケース体２，３，４よりなるケース本体５の一方に棒状の導光体６を、他方に発光ダイオード７を配置すると共に、発光ダイオード７と導光体６との間に第１，第２のレンズ８，９を配置してなり、前記導光体６の光入射側の端面６ｂを球状平滑面に、光放出側の端面６ａを球状拡散面に構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のケース体よりなるケース本体と、ケース本体の一方に収納・配置した棒状の導光体と、ケース本体の他方に配置した発光ダイオードと、ケース本体に、発光ダイオードと導光体との間に配置した複数のレンズとを具備し、発光ダイオードからの光を複数のレンズの作用により導光体に導光する光照射装置であって、前記導光体の光入射側の端面を球状平滑面に、光放出側の端面を球状拡散面に構成したことを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記導光体をガラスロッドにて構成すると共に、球状拡散面をフロスト加工などにより粗面化したことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記導光体を複数の光ファイバーの集合体にて構成し、光入射側の端面を球状平滑面に、光放出側の端面を球状拡散面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記複数のレンズは第１，第２のレンズにて構成してなり、第１のレンズは発光ダイオードからの広がりを有する光の指向性を整形するコリメータレンズであり、第２のレンズはコリメータレンズからの整形された光を集光し導光体に入射させる板状のフレネルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記第２のレンズを、複数枚の板状のフレネルレンズにて構成したことを特徴とする請求項４に記載の光照射装置。
【請求項６】
前記ケース本体は複数のケース体にて構成し、それぞれのケース体の端部にて複数のレンズを位置決め・保持したことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光照射装置に関し、特に画像処理により被検査部品の表面状態などを検査する検査システムに適用される光照射装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種検査システムは、被検査部品に光を照射し、その反射光をＣＣＤカメラなどにより撮像し、正常な部品の撮像データと比較することによって被検査部品の良否を判定するように構成されている。
近時、照明用光源の改良・進歩により、小形で大きな光出力の得られる発光ダイオードが用いられるようになっており、例えば特開２００４−１１１３７７号公報にはそのような発光ダイオードを用いた光照射装置が提案されている。
【０００３】
この提案は、例えば図６に示すように、構成されている。同図において、Ａは光照射装置であって、縮径部，拡開部を有する第１のケース体Ｂ，第２のケース体Ｃよりなるケース本体Ｄと、第１のケース体Ｂの縮径部に収納されたガラスロッドよりなる導光体Ｅと、第２のケース体Ｃの底部に配置された発光ダイオードＦと、発光ダイオードＦと導光体Ｅとの間に配置された第１，第２のレンズＧ，Ｈとから構成されており、第１，第２のレンズＧ，Ｈはスペーサ本体，Ｏリングを利用して第１，第２のケース体Ｂ，Ｃの結合・締め付けによってそれぞれの中心軸線が一致するように工夫されている。尚、導光体Ｅのそれぞれの端面は平面状に形成されている。
【０００４】
この光照射装置は、例えば図７に示すように、例えば同軸マクロレンズ，ＣＣＤカメラなどを含む検査装置Ｊに適用される。この検査装置Ｊは、例えば同軸マクロレンズ部分は水平に延びる第１の筒状部Ｋ１と、第１の筒状部Ｋ１に連結され、垂直に延びる第２の筒状部Ｋ２と、第１の筒状部Ｋ１の連結部分に対応する第２の筒状部Ｋ２に配置されたビームスプリッターＬと、第２の筒状部Ｋ２の下端に配置された対物レンズＭとから構成されている。尚、第２の筒状部Ｋ２の上方には図示しないＣＣＤカメラなどが配置されている。
【０００５】
この装置において、発光ダイオードＦから放射された広がりをもった光は第１のレンズＧによって指向性を整形（ほぼ平行な光に変更）され、第２のレンズＨによって集光される。集光された光は導光体Ｅに入射されて先端の平面拡散面から放出される。放出光は検査装置Ｊにおける第１の筒状部Ｋ１を介してビームスプリッターＬに入り、垂直下方に屈折される。この屈折光は対物レンズＭを通って被検査体Ｐに照射される。被検査体Ｐからの反射光は再びビームスプリッターＬを通って上方に直進し、図示しないＣＣＤカメラなどによって被検査体Ｐとして撮像される。この撮像データはコンピュータなどに予め記憶されている標準データと比較され、表面状態（形態，傷，欠けなど）が検査される。
【０００６】
このような装置によれば、発光ダイオードＦには２００〜３００ｍＡ以上の電流を流すことができるために、光出力の大幅な増加が見込めることから、被検査体Ｐを載置する面の照度も高くすることができ、検査精度の向上も可能になるものである。
【特許文献１】特開２００４−１１１３７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし乍ら、上述の装置では、光出力の増加が可能になるものの、導光体Ｅの光入射側の端面Ｅｂは平坦面に、光放出側の端面Ｅａは平面拡散面に構成されているために、発光ダイオードＦの光出力が増加した割には導光体Ｅから放出される光出力が増加しないのみならず、放出面において充分に分散拡散させることができず、照度むらが生ずるという問題がある。
即ち、図８に示すように、導光体Ｅの光入射側の端面Ｅｂに、それの中心軸線に対して平行な光が入射される場合、入射された光はその殆んどが光出力側の端面Ｅａから放出される。しかし乍ら、中心軸線に対して光の入射角度が５°以上になると、端面Ｅｂで全反射されて光が導光体Ｅに入射される割合が少なくなり、光放出側の端面Ｅａが平面拡散面に構成されていても、端面Ｅａからの光放出量は減少するようになる。このために、端面Ｅａから２０ｍｍ離れた位置での光量分布は、図９に示すように、周辺部分では中心部分に比べて光量が明らかに減少しており、照度むらを呈している。
尚、導光体Ｅの端面Ｅｂへの光の入射角が１８°以上では入射光が端面Ｅｂで全反射されてしまい、導光体Ｅに光が入射されなくなる結果、端面Ｅａからも光出力されなくなる。
ところで、かかる光照射装置では、装置の設計上、第２のレンズＨから導光体Ｅへの光の入射角度を全反射が生じない５°未満に設定することは難しく、照度むらの発生は避けがたいものである。
【０００８】
従って、例えば図７に示す検査装置Ｊに適用した場合、被検査体Ｐの照射面に照度むらが生ずる結果、ＣＣＤカメラなどによる撮像データは、特に照度の低い部分での信頼性が低くなる。このために、最終的な検査精度が損なわれるという問題がある。
それ故に、本発明の目的は、導光体により多くの光を入射させると共に、導光体から放出される光の分布を極力均一化し、検査精度の向上を図ることができる光照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本発明は上述の目的を達成するために、複数のケース体よりなるケース本体と、ケース本体の一方に収納・配置した棒状の導光体と、ケース本体の他方に配置した発光ダイオードと、ケース本体に、発光ダイオードと導光体との間に配置した複数のレンズとを具備し、発光ダイオードからの光を複数のレンズの作用により導光体に導光する光照射装置であって、前記導光体の光入射側の端面を球状平滑面に、光放出側の端面を球状拡散面に構成したことを特徴とする。
【００１０】
又、本発明の第２の発明は、前記導光体をガラスロッドにて構成すると共に、球状拡散面をフロスト加工などにより粗面化したことを特徴とし、第３の発明は、前記導光体を複数の光ファイバーの集合体にて構成し、光入射側の端面を球状平滑面に、光放出側の端面を球状拡散面に形成したことを特徴とする。
【００１１】
又、本発明の第４の発明は、前記複数のレンズは第１，第２のレンズにて構成してなり、第１のレンズは発光ダイオードからの広がりを有する光の指向性を整形するコリメータレンズであり、第２のレンズはコリメータレンズからの整形された光を集光し導光体に入射させる板状のフレネルレンズであることを特徴とし、第５の発明は、前記第２のレンズを、複数枚のフレネルレンズにて構成したことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の第６の発明は、前記ケース本体を複数のケース体にて構成し、それぞれのケース体の端部にて複数のレンズを位置決め・保持したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このように本発明によれば、導光体における光入射側の端面が所定の曲率を有する球状平滑面に、光放出側の端面が所定の曲率を有する球状拡散面に構成されているために、レンズからの光をより多く導光体に入射させることができる上、レンズ効果により光が分散してほぼ均一な拡散光を得ることができる。このために、導光体における球状拡散面の前方での照度分布は、図５に示すように、図９で示す従来技術による場合に比較して照度むらが著しく改善される。従って、例えば同軸マクロレンズ，ＣＣＤカメラなどを含む検査装置に適用した場合、被検査体をほぼ均一な照度で照明できるために、検査精度を従来技術に比較して一段と高めることができる上、検査の信頼性も高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の第１の実施例について図１を参照して説明する。同図において、１は光照射装置であって、一方の端部に後述する導光体を収納する縮径された収納部２ａを有し、他方の端部に拡開部を有する第１のケース体２，第２のケース体３，第３のケース体４からなるケース本体５と、第１のケース体２の収納部２ａに収納された導光体６と、第３のケース体４の底部に配置された発光ダイオード７と、発光ダイオード７と第２のケース体３の端面との間に配置された第１のレンズ８と、第２のケース体３の端面と第１のケース体２の端面との間にＯリング１０を介して配置された第２のレンズ９とから構成されている。尚、１１は発光ダイオード７などに電力を供給するためのケーブルである。
【００１５】
第１のケース体２の収納部２ａに収納された導光体６は、例えばガラスロッドにて形成されており、光放出側の端面６ａは所定の曲率を有する球状拡散面に、光入射側の端面６ｂは所定の曲率を有する球状平滑面に形成されている。このように端面６ａを球状拡散面に構成することにより、光の性質とレンズ境界面屈折を利用したほぼ完全拡散面を形成することができる。又、端面６ｂを球状平滑面に構成することにより、第２のレンズ９からの光の導光体６への入射角度が５°以上になっても光を導光体６に有効に入射させることができる。尚、導光体６の端面６ａは、例えばフロスト加工などにより粗面化されている。
上述の第１のレンズ８は、例えばコリメータレンズにて構成されており、発光ダイオード７から放射された広がりを有する光はコリメーターレンズにて指向性が整形される。又、第２のレンズ９は、例えばほぼ板状のフレネルレンズを２枚重ね合わせて構成されており、第１のレンズ８にて整えられたほぼ平行光を集光し、導光体６の内方の端面に入射される。尚、第１，第２のレンズ８，９は、製造コスト，生産性，軽量化などの観点から、樹脂材にて形成することが望ましいが、ガラスなどにて形成することもできる。又、フレネルレンズは複数枚重ね合わせる他、１枚にすることもできる。
【００１６】
上述の第１のケース体２における拡開部２ｂの外周面にはネジ部が形成されており、このネジ部は第２のケース体３における一方の端部３ａの内周面に形成されたネジ部に螺合・結合されている。又、第２のケース体３における他方の端部３ｂの外周面にはネジ部が形成されており、このネジ部は第３のケース体４における一方の端部の内周面に形成されたネジ部に螺合・結合されている。
尚、ケース本体５の外周面には、発光ダイオード７で発生する熱を効率的に放散させるために、放熱フィンが形成されている。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施例について図２を参照して説明する。この実施例の基本的な構成は図１に示す実施例と同じであり、異なる点は、導光体６を複数の光ファイバーの集合体にて構成したことである。光入射側の端面６ｂは第１の実施例と同様に所定の曲率を有する球状平滑面に形成されており、光放出側の端面６ａは所定の曲率を有する球状拡散面に形成されている。この実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が期待できる。
【００１８】
次に、図１に示す光照射装置１の検査装置Ｊへの適用事例について図３を参照して説明する。まず、光照射装置１を検査装置Ｊに、第１のケース体２における収納部２ａを第１の筒状部Ｋ１に挿入することによって結合させる。この状態で、ケーブル１１を介して発光ダイオード７に電力を供給すると、発光ダイオード７が発光動作し、広がりを有する光が放出される。この放射光は第１のレンズ８にて指向性が整形され、ほぼ平行な光に矯正・変更され、第２のレンズ９に入射される。第２のレンズ９ではほぼ平行な光が集光され、導光体６の球状平滑面（端面）６ｂに入射される。特に、導光体６の端面６ｂは球状平滑面に構成されているために、図４に示すように、第２のレンズ９からの光の入射角度が５°以上であっても導光体６に効率よく入射される。そして、導光体６の先端面（６ａ）が所定の曲率を有する球状拡散面６ａに構成されていることから、光の性質と境界面屈折を利用したほぼ完全拡散面を形成することができる。尚、導光体６の球状拡散面６ａの前方（例えば２０ｍｍ）における照度分布は、図５に示すように、図９で示す従来例に比べて照度むらが少なくなっている上に光量も増加している。
【００１９】
このように適正に拡散された光は第１の筒状部Ｋ１を介してビームスプリッタＬに達し、同ビームスプリッタＬで反射され、第２の筒状部Ｋ２を垂直下方に進み、対物レンズＭを通って被検査体Ｐに投射される。尚、この被検査体Ｐはほぼ均一な照度で照射される。被検査体Ｐに照射された光は反射され、第２の筒状部Ｋ２を垂直上方に進み、ビームスプリッタＬに達する。この反射光は同ビームスプリッタＬで反射されることなく直進し、図示しないＣＣＤカメラに入射され、被検査体Ｐが撮像される。この撮像データは予め記憶されている標準データと比較され、被検査体Ｐの表面状態（傷,欠けなど）の良否が判定される。
この実施例によれば、光照射装置１から検査装置Ｊには、図５に示すように、照度むらの少ない光が被検査体Ｐに照射されるために、被検査体Ｐの表面状態を精度よく撮像でき、高精度，高信頼性の検査が可能になる。
【００２０】
尚、本発明は何ら上記実施例に制約されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜に変更することが可能である。例えば本発明の光照射装置は図３に示す検査装置以外の装置・システムなどに適用することもできる。又、複数のレンズは、発光ダイオードからの広がりを有する光を整形し、さらに集光できる機能を有すれば、コリメータレンズ，フレネルレンズに限定されることはない。又、ケース本体は３つのケース体にて構成する他、例えば２つのケース体にて構成することも可能である。さらに、これらのケース体はそれぞれに形成されたネジ部の螺合によって結合されているが、螺合以外の結合手段を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例を示す側断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す要部を拡大した側断面図である。
【図３】本発明にかかる光照射装置の検査装置への適用事例を示す側断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例における導光体の光入射，光放出状況を示す図である。
【図５】図４による照度分布図である。
【図６】従来例を示す側断面図である。
【図７】従来例の検査装置への適用事例を示す側断面図である。
【図８】従来例における導光体の光入射，光放出状況を示す図である。
【図９】図８による照度分布図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    光照射装置
２    第１のケース体
２ａ  収納部
２ｂ  拡開部
３    第２のケース体
４    第３のケース体
５    ケース本体
６    導光体
６ａ  球状拡散面
６ｂ  球状平滑面
７    発光ダイオード
８    第１のレンズ
９    第２のレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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